Управление процессами шлакования

Значимость процессов шлакования в эксплуатации топки

Одним из важнейших показателей эффективности топочного процесса является ограниченная степень шлакования, загрязнения поверхностей нагрева как фактор стабильности режима работы котла [2]. Решение проблем шлакования и загрязнения поверхностей нагрева топочных камер и конвективных газоходов является одной из основных проблем при проектировании и освоении пылеугольных котлов, сжигающих каменные угли, низкосортные бурые угли и лигниты [5].

Эволюция в организации топочного процесса в отечественной энергетике осуществлялась в условиях преодоления не всегда прогнозируемых проблем прогрессирующих и трудноудаляемых натрубных отложений. Надежность работы котлов лимитировалась шлакованием радиационных поверхностей нагрева, образованием сульфатно-кальциевых прочных отложений на радиационно-конвективных и конвективных поверхностях. Эта проблема обострялась по мере вовлечения в топливный баланс новых углей, преимущественно канско-ачинских, со специфическими термофизическими свойствами минеральной части углей, определяющими плавкость золы.

Загрязнение и шлакование в топке котла, так же как и в области конвективного теплообмена, приводит к падению КПД котла и снижению эксплуатационных характеристик [2]. При этом наблюдаются:

  • - повышение температуры дымовых газов на выходе топки; повышение расхода охлаждающей среды пароохладителя;
  • - повышение температуры уходящих дымовых газов котла;
  • - повреждения поверхностей нагрева в области холодной воронки и системы сухого/влажного золоудаления в результате падения крупных формаций застекловавшегося шлака со стенок топки и/или пароперегревателя;
  • - незапланированный останов котла;
  • - механическая очистка ведет к повреждению труб, что отражается на эксплуатационных характеристиках котла.

Оценка механизмов шлакования пылеугольной топки

Для оценки условий образования разных типов и стадийности процессов шлакования принята совокупность показателей свойств топлива:

  • - температура начала шлакования;
  • - прочностные свойства шлаковых отложений;
  • - склонность к образованию прочных селективно обогащенных отложений (железистых, сульфатно-кальциевых);
  • - склонность к образованию отложений на основе активных щелочей;
  • - комплексный показатель склонности к шлакованию — потенциал шлакования.

Шлакующие свойства большинства углей зависят от характера соединений, в которых присутствуют основные компоненты, формирующие свойства углей.

  • 1. Железо в наибольшей степени влияет на условия шлакования, присутствуя в углях в виде пирита FeS2. Пирит способствует формированию на поверхностях нагрева прочных железистых отложений и высокой склонности угля к шлакованию топочных экранов.
  • 2. При увеличении общей зольности уголь становится менее шлакующим вследствие:
    • - снижения температуры горения;
    • - меньшей прочности первичных отложений;
    • - роста температуры начала шлакования.
  • 3. Увеличенное содержание щелочных компонентов (CaO, MgO, К20, Na20) повышает склонность угля к образованию прочных сульфатно-кальциевых отложений, при этом увеличено присутствие Na20.

Эти процессы определяются как температурным уровнем топочного процесса, аэродинамической структурой потоков в топке, равномерностью распределения окислителя в топочном объеме, так и неоднородностью и нестабильностью состава минеральной части угля, прежде всего, бурых углей. Что касается значимости свойств угля в развитии указанных процессов, то наиболее важным является при высоком содержании оксида кальция СаО существенное изменение в широких пределах соотношения основных и кислотных оксидов по мере изменения общей зольности топлива.

Общепринято, что процесс шлакования топочных экранов можно представить двумя стадиями. Вначале образуется первичный, медленно растущий слой, а затем быстро растущие вторичные отложения. Способность к саморасшлаковке экранов обусловлена свойствами первичного слоя. Чем прочнее первичный слой, тем труднее саморас- шлаковка под действием силы тяжести и ниже эффективность средств очистки поверхностей нагрева.

Предпосылкой возникновения плотных нижних отложений является наличие в летучей золе химически активных компонентов, способных образовывать связанные отложения [6]. Процесс спекания частиц золы в плотные отложения протекает весьма медленно. Частицы золы после осаждения на поверхности в начальных стадиях возникновения отложений связаны между собой и поверхностью труб слабо и удерживаются на месте из-за воздействия межмолекулярных сил и шероховатости поверхности. При более высоких температурах поверхности влияние оказывает процесс спекания слоя отложений. Наивысшей спекаемостью обладают самые тонкие фракции золы — менее 0,5 мкм.

На чистую поверхность парогенерирущих труб с высокой температурой стенки начинают выпадать наиболее мелкие частицы летучей золы. Среди них в большем или меньшем количестве находятся частицы, состоящие в основном из окислов железа. Следующие слои отложений образуются за счет более крупных частиц. Далее процесс образования прочносвязанных с трубой отложений убыстряется вследствие повышения шероховатости поверхности и в результате процесса сульфатизации, в котором одновременно с упрочнением слоя и образованием связанного отложения происходит постепенное увеличение содержания S03 [7]. Скорость связывания частиц золы в отложениях зависит от количества способных к сульфатизации компонентов золы, осевших на поверхность нагрева, и, в первую очередь, от количества свободной окиси кальция.

Со временем температура наружной поверхности плотных нижних отложений с ростом их толщины непрерывно увеличивается и приближается к температуре продуктов сгорания. С некоторой температуры внешней поверхности этих отложений на них начинают образовываться растущие против потока газов гребневидные отложения. Образование гребневидных отложений наблюдается лишь при температурах частиц, превышающих в момент касания с поверхностью «критическую» величину.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >